如何利用田間持水量和土壤容重確定滴灌作物一畝地的最大灌溉量？

前面直播講完課，私信中收到這樣一個問題"梁老師，如果我們要濕潤20cm土壤深度的話，需要灌多少水？有沒有換算公式？謝謝"

實際上這個問題也是水肥一體化應用中大家普遍關心的問題。

應用水肥一體化技術最常見的問題是過量灌溉，農戶總擔心水量不夠，人為延長灌溉時間，當不結合施肥時，過量灌溉至多是水的浪費，但當利用水肥一體化技術時，就會產生非常嚴重的后果，過量灌溉后，溶解于灌溉水的養分會隨水淋洗到根層以下，使隨水施入的肥料難以被根系吸收，對壤土和黏土而言，流失的主要是尿素、硝態氮，造成作物缺氮，對沙土而言，過量灌溉后，各種養分都會被淋洗掉。

第一、應該如何避免過量灌溉呢？

水體一體化技術下作物灌水量的確定是十分重要的，合理的灌水量是以作物根層土壤濕潤為原則，在實際灌溉中，挖開土壤查看濕潤的深度，根系層濕潤了，即立刻停止灌溉，記錄每次灌水量。

本人總結出避免過量灌溉的挖、看、算三步法，具體如下：（1）根系定位是避免過量灌溉的第一步，根系定位主要***有兩種，挖（挖一個剖面看土壤中根系情況）和看（直接觀察：下根管利用***設備定時掃描根系分布情況；間接觀察：利用水分儀根據根系吸水特征間接反應根系深度）。（2）確定了根系分布深度后，灌溉深度控制是避免過量灌溉的第二步，相對含水量可直觀的反應灌溉的起始含水量，常常被作為判斷是否需要灌溉和計算灌水量的依據。（3）根據相對含水量確定灌溉量的主要***也有兩類，經驗（根據田間持水量、土壤相對含水量等土壤水分特性，結合灌溉深度確定單次最佳灌溉量）和設備（結合根系分布特征，在土壤中預埋水分監測設備，利用設定限，控制灌溉設備啟動與停止）。綜上滴灌施肥只灌溉根系和給根系施肥，因此一定要了解作物根系分布的深度，根據根系分布特征，然后按照土壤濕潤鋒分布特征控制單次灌溉量。

簡單一句話挖根、看根、看水、算灌量。

第二、如何合理計算滴灌水肥一體化的灌溉量呢？

灌溉定額是實際中最直接應用在作物灌溉中的灌水參數，利用作物產量與灌溉定額的關系可以建立灌溉模型，有效指導灌溉實踐。

（一）全生育期的灌溉定額確定？

作物產量與灌溉定額基本是二次拋物線關系，即Y=aW2+bW+c，Y為作物產量，W為灌溉定額，該灌溉模型的建立需要通過不同灌溉定額處理的田間小區試驗來進行確定，利用田間灌溉試驗數據和產量數據擬合作物產量和灌溉定額的二次函數關系，進一步確定作物產量最高的最優灌溉定額。

灌溉制度的制定主要是每次灌水時間和灌水定額的確定，具體***為總結群眾豐產經驗、進行灌溉試驗、按水量平衡原理進行計算和根據作物的生理指標制定灌溉制度。下面以棉花為例分別闡述三種灌溉制度建立***。（1）基于經驗的豐產灌溉制度。（2）基于灌溉試驗制定棉花灌溉制度。（3）基于水量平衡原理的灌溉制度。

（二）土壤含水量是對灌溉的影響。

土壤水分含量也是農業灌溉決策、管理中的最基礎數據。測定土壤含水量可掌握作物對水的需要情況，對農業生產有很重要的指導意義，對實現農業精準灌溉的作用是相當明顯的。

土壤含水量一般是指土壤，即100g烘干土中含有若干克水分，也稱土壤含水率。土壤含水量常用重量含水率與體積含水率表示，重量含水率是指土壤中水分的重量與相應固相物質重量的比值，體積含水率是指土壤中水分占有的體積和土壤總體積的比值。體積含水率與重量含水率兩者之間可以通過土壤容重換算。土壤含水量表示***有以下幾種，為了描述的方便，以漢字的形式表示它的計算公式。（1）以重量百分數表示土壤含水量。（2）以容積百分數表示土壤含水量。（3）以水層厚度表示土壤含水量。（4）相對含水量。

（三）田間持水量計算農田最大灌溉量的上限。

當毛管懸著水達到最大數量時的土壤含水量稱為田間持水量。指的是在地下水較深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允許水分充分下滲，并防止其水分蒸發，經過一定時間，土壤剖面所能維持的較穩定的土壤水含量（土水勢或土壤水吸力達到一定數值），是大多數植物可利用的土壤水上限。

因此，田間持水量長期以來被認為是土壤所能穩定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持懸著水的最大量，是對作物有效的最高的土壤水含量，且被認為是一個常數。

因此，我們的灌溉上限就是土壤空隙全部充滿水，而且土壤水不下滲的量，既灌溉量達到田間持水量，停止灌溉。

（四）如何利用田間持水量計算農田最大灌溉量。

田間持水量的計算公式為：田間持水量＝（灌滿水土壤重量–烘干土壤重量）烘干土壤重量×100％。

土壤相對含水量（％）＝土壤含水量/田間持水量×100％。

田間持水量是土壤的一項物理性質，它的大小與土壤的結構、質地、有機質含量以及土地利用狀況有關，不同的土壤其田間持水量不同，即使是同一種土壤，由于其所處的氣候帶不同、利用方式不同，導致其質地結構以及有機質含量不同，其田間持水量亦不同。

根據《全國土壤田間持水量分布探討》的研究結果，全國各地的田間持水量如下表：

來源于：全國土壤田間持水量分布探討

通過上面兩個公式可以推導出農田單次灌溉的最大灌水量：

田間持水量＝（灌滿水土壤重量–烘干土壤重量）/烘干土壤重量×100％。現在只要確定一畝地烘干土壤就可以知道灌滿水土壤質量，也可以知道灌溉水的量了。

灌溉水的量=灌滿水土壤重量–烘干土壤重量

灌滿水土壤重量=烘干土壤的重量（1+田間持水量）

烘干土壤的重量=面積×土層深度×土壤容重。

每個土壤的容重有差異，根據資料，土壤容重的大概值如下：

現在以華北平原的壤土地為例計算，查上面兩個表可以發現：田間持水量為20-24%，現在取值，24%；土壤容重為1.03-1.39克/立方厘米，方便計算取值1.30。

以問題中的20厘米土層計算：

（1）烘干土壤的重量=667平方米×0.2米×1300千克/立方米=173420千克。

（2）灌滿水土壤重量=173420千克×（1+0.24）=215040.8千克

（3）灌溉水的最大量=215040.8千克-173420千克=41620.8千克，約等于41.6立方米。

為了方便計算最大灌溉水的量可以化簡為

灌溉水的最大量=667平方米×灌溉深度×土壤容重×田間持水量。

（五）如何利用田間持水量計算農田最大灌溉量的校正。

上面計算過程是單次灌溉的最大灌溉水量，實際上我們不能等到土壤完全干燥在進行灌溉。因為當土壤含水量降低到某一程度時，植物根系吸水非常困難，致使植物體內水分消耗得不到補充而出現永久性凋萎現象，此時的土壤含水量稱為凋萎系數。因此凋萎系數是開始灌溉的下限，也就是開始灌溉前土壤中還有一定量的水。

故公式校正為：

灌溉水的最大量=667平方米×灌溉深度×土壤容重×（田間持水量-凋萎系數）。

不同作物在不同土壤中的凋萎系數不同，根據資料不同土壤的凋萎系數大概值如下表，沙土地最小3%，黏土15%，壤土9%左右。

因此，上例華北平原的壤土地，20cm土層最大灌水量應該是

灌溉水的最大量=667平方米×灌溉深度×土壤容重×（田間持水量-凋萎系數）=667平方米×0.2米×1300千克/立方米×(0.24-0.09)=26013千克≈26立方米。

通過上述推導和計算，因此一畝地最大灌溉多少水應該是：土壤面積×灌溉深度×土壤容重×（田間持水量-凋萎系數），以根系40厘米計算，最大灌溉量不應該超過52立方米；實際生產中，灌溉面積一般不應該是667平方米，如果全部灌溉這個不是滴灌，而且常規灌溉，建議乘以系數0.7；另外除了蹲苗期為土壤相對干旱外，其他時候一般灌溉前土壤含水量較大，而且水肥一體化不應該將土壤灌溉至過飽和，建議乘以系數0.4-0.8，因此，一畝地最大的灌水量應該控制在15-30立方米比較合適。

最后，總結為一句話，土壤的凋萎系數是灌溉下限，田間持水量是灌溉上限，最大灌溉量應該按照公式：土壤面積×灌溉深度×土壤容重×（田間持水量-凋萎系數），來計算；然后乘以灌溉面積系數0.7和灌水量校正系數0.4-0.8；土壤容重和田間持水量可以通過實驗室分析獲取，初略計算時可以參考上表。

生產中還可以依靠現代的土壤水分監測設備，監測土壤水分狀況，進行控制灌溉。

作者：新疆農墾科學院農田水利與土壤肥料研究所梁飛副研究員，今天頭條首發，其他平臺轉載需要私信作者，取得授權。